冰凍海域浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)復(fù)層包覆防腐施工工藝

洛 成，呂國(guó)兒，金 磊

(1. 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122)

風(fēng)能是重要的再生清潔能源，當(dāng)前全世界都在大力發(fā)展海上風(fēng)電，我國(guó)沿海省份也都在積極開展近海風(fēng)電工程[1]，預(yù)計(jì)2030年風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到8.24億kW左右。當(dāng)前，海上風(fēng)電工程往往采用造價(jià)便宜、施工簡(jiǎn)單的大直徑鋼管樁作為風(fēng)電基礎(chǔ)[2-3]，而海洋環(huán)境腐蝕性強(qiáng)，鋼管單樁暴露在復(fù)雜的腐蝕環(huán)境中，在海水的氯離子、溶解氧、海洋生物等綜合因素的作用下，鋼管樁的表層容易受到腐蝕，從而影響其承載特性[4-5]。目前，海上風(fēng)電工程最為常用的防腐方法主要有金屬熱噴涂防腐[6-7]、涂層防腐[8]、陰極保護(hù)防腐[9-11]、復(fù)層包覆防腐[12-14]。其中，復(fù)層包覆防腐方法在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)工程領(lǐng)域，也是海上風(fēng)電工程重要的防腐手段。復(fù)層包覆防腐由防蝕膏、防蝕帶、緩沖層和防蝕保護(hù)罩四部分組成，不但可有效阻止海水及大氣中的氯離子、溶解氧等腐蝕介質(zhì)侵入，也可以有效抵擋外部沖擊的作用。

處于渤海北部等寒冷海域的海上風(fēng)電鋼管樁結(jié)構(gòu)，冬季經(jīng)常性地受到海冰的撞擊，普通的涂層防蝕層在撞擊的過程中會(huì)剝離，失去防護(hù)作用，縮短其使用壽命。復(fù)層包覆防腐外部的玻璃鋼保護(hù)罩具有優(yōu)良的韌性和彈性可以抵抗冬季的冰層和海上漂浮物的沖擊。

1 工程概況

華能大連市莊河海上風(fēng)電場(chǎng)址Ⅳ1(350 MW)項(xiàng)目位于大連市莊河海域，場(chǎng)區(qū)規(guī)劃面積約55.8 km2，本工程共計(jì)51臺(tái)單樁基礎(chǔ)，場(chǎng)址內(nèi)配套新建1座220 kV海上升壓站。氣溫的季節(jié)性變化較明顯，夏季(8月)多年平均氣溫高達(dá)23.9℃；冬季(1月)多年平均氣溫低至-5.0℃。工程場(chǎng)區(qū)附近潮汐類型指標(biāo)值小于0.50，屬正規(guī)半日潮類型。年平均海平面為0.04 m。

2 復(fù)層礦脂包覆防腐蝕保護(hù)層結(jié)構(gòu)

復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)(Petrolatum Tape and Covering system，以下簡(jiǎn)稱PTC)由四層緊密相連的保護(hù)層組成，即防蝕膏、防蝕帶、襯里和防蝕保護(hù)罩，如圖1所示。

圖1 鋼樁復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

礦脂防蝕膏是淡褐色油性膏狀化合物，含銹轉(zhuǎn)化劑，起到除銹、防銹雙重作用，具有良好的防腐蝕性能，可直接涂抹于鋼結(jié)構(gòu)表面，降低表面處理的要求；防蝕膏可以膜置金屬表面的水膜，因此可在水下進(jìn)行施工。礦脂防蝕帶是涂滿了抗腐蝕化合物的人造纖維制成的無紡布，可以有效地隔絕鋼管樁與海水的氯離子和溶解氧的接觸，從而保護(hù)鋼管樁。防蝕保護(hù)罩包括玻璃鋼和聚乙烯緩沖襯里。防蝕防護(hù)罩主要作用就是避免內(nèi)部的礦脂防蝕膏和礦脂防蝕帶受海浪、海風(fēng)的外力的破壞，影響防腐性能。防蝕保護(hù)罩內(nèi)側(cè)加襯了聚乙烯緩沖襯里后，即使鋼材表面因腐蝕等原因而凹凸不平，其保護(hù)效果也不受影響。

3 鋼管樁包覆腐蝕關(guān)鍵構(gòu)件及工藝

處于冰凍海域的海上風(fēng)電場(chǎng)，單樁基礎(chǔ)及升壓站基礎(chǔ)浪濺區(qū)經(jīng)常受到海冰的撞擊，使得普通的涂層防蝕層在撞擊的過程中會(huì)剝離，失去防護(hù)作用；因此，在浪濺區(qū) 通過采用具有保護(hù)罩結(jié)構(gòu)的復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)不但可以有效的防止海水的腐蝕，也可以起到抵抗冬季的冰層和海上漂浮物的沖擊的作用。鋼管樁包覆防腐施工流程主要包含準(zhǔn)備工作、鋼結(jié)構(gòu)表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護(hù)罩和端部和縫隙密封等7個(gè)步驟。

4 包覆腐蝕保護(hù)層

4.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件和施工位置，搭建作業(yè)平臺(tái)。使用施工作業(yè)船配合搭建施工吊籃或腳手架。注意作業(yè)平臺(tái)應(yīng)安裝牢固，便于施工操作，必須保證施工人員的安全。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件和位置，采用現(xiàn)場(chǎng)安裝吊籃。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，確定現(xiàn)場(chǎng)施工范圍，標(biāo)記出具體施工區(qū)域。如果有影響施工的突出物，可采用專用工具切除。在鋼樁的最低保護(hù)線處，標(biāo)記出固定卡箍的固定位置。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)表面處理

為保證礦脂防蝕膏能與鋼材表面充分結(jié)合，達(dá)到最佳的保護(hù)效果，必須進(jìn)行鋼材表面處理。要求施工區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)表面無明顯鼓泡和浮銹；潮差區(qū)等海生物附著區(qū)帶應(yīng)盡量除去附著的海生物，表面突出物不應(yīng)有銳角，最大不高于10 mm?？紤]到本項(xiàng)目為新建結(jié)構(gòu)，可根據(jù)表面銹蝕狀況判斷，用鏟刀輕鏟鋼樁的凸起部，不能有浮銹、鼓泡。用檢查鉗敲打鼓泡處，用砂紙、電動(dòng)鋼刷打磨鋼樁表面，觸摸不拉手，達(dá)到ISO St2標(biāo)準(zhǔn)即可。表面水、油污不需要完全清理干凈，焊縫影響不大，特別注意節(jié)點(diǎn)處的除銹質(zhì)量。

4.3 支撐卡箍位置確定

為防止防蝕保護(hù)罩在自身重力的作用下發(fā)生滑脫，需安裝支撐卡箍。根據(jù)標(biāo)記固定卡箍的位置，用螺栓緊固定好卡箍，來支撐玻璃鋼外殼。

4.4 涂抹防蝕膏

利用塑料刮板或手工直接進(jìn)行涂抹。每次取少量防蝕膏，使防蝕膏在鋼結(jié)構(gòu)表面均勻分布。有空隙的部分用防蝕膏將孔抹平。防蝕膏用量對(duì)于光滑表面約300 g/m2；銹蝕特別嚴(yán)重處約400～500 g/m2。

4.5 包覆防蝕帶

防蝕帶采取螺旋狀包覆，纏至樁頂部時(shí)，用防蝕帶完整的纏繞一圈。纏時(shí)稍用力將防蝕帶拉緊鋪平，將里面的空氣壓出。注意：包覆時(shí)需保持有55%以上的防蝕帶重疊；每卷防蝕帶交接處的頭尾重疊要求有100 mm的寬度。

4.6 安裝防蝕保護(hù)罩

鋼樁施工區(qū)域分為規(guī)則結(jié)構(gòu)(如圖2區(qū)域1、區(qū)域3)和不規(guī)則結(jié)構(gòu)(如圖2區(qū)域2、區(qū)域4)組成。

圖2 鋼管樁施工區(qū)域分布圖

安裝外保護(hù)罩施工工藝如下：

1)規(guī)則結(jié)構(gòu)區(qū)域(區(qū)域1，區(qū)域3)安裝外保護(hù)殼時(shí)，先測(cè)量安裝高度，切割同等高度的外保護(hù)殼，安裝時(shí)只需把四片外殼用316L不銹鋼螺栓連接，連接處嵌入擋板密封，防蝕帶不能漏出接觸海水。

2)不規(guī)則結(jié)構(gòu)區(qū)域(區(qū)域2)因?yàn)楹附?處牛腿，不能直接安裝已經(jīng)預(yù)制好的外保護(hù)殼，需要現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制玻璃鋼外殼，玻璃鋼外殼由纖維氈和纖維布和膠衣組成。制作時(shí)先測(cè)量包覆高度，剪切相等高度的材料。

3)不規(guī)則結(jié)構(gòu)區(qū)域(區(qū)域4)因連接管道有法蘭焊接在鋼樁表面，安裝外殼時(shí)，先測(cè)量焊接在鋼樁法蘭的高度和長(zhǎng)度，在預(yù)制好的外殼邊緣(螺栓連接處)上切割相等高度和長(zhǎng)度的缺口，安裝時(shí)套入焊接在鋼樁上的法蘭后再緊固螺栓即可。切口處的縫隙，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制玻璃鋼(玻璃鋼制作方法如區(qū)域2)密封。

4)鋼樁對(duì)面安裝時(shí)扶梯，有三處法蘭焊接在鋼樁表面，安裝外殼方法和區(qū)域4相同。

5)區(qū)域3部位因?yàn)榘哺叨却?，預(yù)制外保護(hù)殼由上下兩部分，兩部分安裝后中間的縫隙處要安裝護(hù)腰密封，使上下的外保護(hù)殼連接形成完整。安裝護(hù)腰時(shí)，護(hù)腰中間和上下外殼中間的縫隙對(duì)齊，根據(jù)護(hù)腰法蘭上面的螺栓孔在外殼法蘭上面對(duì)齊打孔，然后用15 cm 316L不銹鋼緊固。

4.7 端部和縫隙密封

端部和縫隙密封時(shí)，在防蝕膏、防蝕帶的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)場(chǎng)制作防蝕保護(hù)罩的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。由于該平臺(tái)兼具平滑和焊接部分，采取預(yù)制保護(hù)罩結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)制作玻璃鋼的方案。其中，平滑處需將預(yù)制玻璃鋼切割出合適的開口以便安裝，然后在交匯區(qū)域手糊玻璃鋼，并做好兩部分的銜接；搭接重疊區(qū)域，需根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況對(duì)玻璃鋼外套進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，采用多片玻璃鋼拼接的工藝，每片玻璃鋼都需預(yù)留出兩段法蘭方便安裝螺栓，每條對(duì)接縫都需用符合規(guī)格的擋板進(jìn)行全線密封，必要時(shí)需外加腰箍緊固。預(yù)制玻璃鋼與現(xiàn)場(chǎng)手糊的過渡區(qū)域，以及浪花飛濺區(qū)與上下兩區(qū)域的過渡范圍內(nèi)，需做適當(dāng)?shù)耐庋?，充分保證全設(shè)備都處于被保護(hù)狀態(tài)。

5 結(jié) 語

為解決大連冰凍海域內(nèi)海上風(fēng)電鋼管樁結(jié)構(gòu)在海冰的撞擊下普通防蝕層破損失去防護(hù)的問題，采用復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)對(duì)鋼管樁進(jìn)行防腐處理。

介紹了復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)的施工流程；主要包含準(zhǔn)備工作、鋼結(jié)構(gòu)表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護(hù)罩和端部和縫隙密封等7個(gè)步驟。

礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶具有優(yōu)良的保護(hù)性、粘附性、與水和空氣隔絕性，在潮濕環(huán)境中良好的防腐蝕、耐鹽霧、附著力，減緩金屬的腐蝕速率。防蝕保護(hù)罩具有良好的致密性、柔韌性，耐沖擊性能。能有效進(jìn)行冰凍海域的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)防腐。